СИСТЕМА ИЗМЕРЕНИЙ ЗАБОЙНОЙ ИНФОРМАЦИИ В ПРОЦЕССЕ БУРЕНИЯ "ГИРОКУРС" Российский патент 1997 года по МПК E21B47/12 

Изобретение относится к области буровой техники и предназначено для контроля за проводкой наклонно-направленных скважин.

Известна система для направленного бурения, содержащая наземный блок, которые соединены с двигателем, на валу которого установлено бурильное долото [1]
Недостатком этой системы является низкая надежность и помехозащищенность телесистемы из-за использования гидравлического канала связи.

Наиболее близким техническим решением к заявленному является система измерения забойной информации в процессе бурения, содержащая наземный блок, подключенный кабелем к забойному измерительному блоку, содержащему датчики измерения угла отклонителя, зенитного угла и направления отклонителя, установленные в корпусе, и посадочный переводник жестко соединенный с двигателем, на валу которого закреплено бурильное долото [2]
Недостатком этой системы является сложность конструкции, низкая надежность за счет использования в информационных датчиках токосъемов, что не позволяет получить требуемую достаточно высокую точность измерения и получать информацию в процессе бурения, необходимость размещения трех датчиков в одном корпусе увеличивает его габариты.

Целью изобретения является упрощение конструкции при высокой надежности и точности непрерывных измерений забойной информации в процессе бурения.

Система измерений забойной информации в процессе бурения Гирокурс, содержащая наземный блок, подключенный кабелем к забойному измерительному блоку, содержащему измерители угла установки отклонителя компоновки низа бурильной колонны, зенитного угла и азимута, установленные в цилиндрическом корпусе и посадочный переводник, жестко соединенный с двигателем, на валу которого установлено долото, отличающееся тем, что она снабжена жестко соединенным с цилиндрическим корпусом забойного измерительного блока узлом сочленения и установленным в верхней части бурильной колонны кабельным переводником, который выполнен из двух частей с поперечным разъемом, соединенных между собой и имеющих осевой проточный канал с изгибом и с боковым герметизированным выводом наружу для пропуска кабеля и элемент фиксации частей переводника между собой, выполненный в виде наружной втулки, плоскость поперечного разъема частей переводника расположена в зоне изгиба осевого проточного канала на уровне его бокового герметизированного вывода, который выполнен в виде пробки со сквозным отверстием под кабель и фиксирующего пробку элемента, выполненного из верхней и нижней втулок и резьбовой втулки для закрепления последних, при этом верхняя втулка выполнена конической в нижней части и с продольными разъемами, в нижней втулке сквозное отверстие выполнено коническим и в нем размещена коническая часть верхней втулки, при этом посадочный переводник выполнен в виде полого цилиндрического корпуса со штырем, узел сочленения выполнен в виде подпружиненного цилиндрического клина с контактом и прорезью для штыря, который установлен внутри полого цилиндрического корпуса посадочного переводника, а цилиндрический корпус забойного блока выполнен с диаметром 6=0±5 мм и длиной не более двух метров и в нем в качестве измерителей угла установки отклонителя компоновки низа бурильной колонны, зенитного угла и азимута установлен гироскоп с магнитной подвеской.

На фиг.1 представлена блочная функциональная схема системы измерения забойной информации в процессе бурения; на фиг.2 конструкция кабельного переводника; на фиг.3 конструкция установочного переводника с размещенным в нем узлом сочленения.

Система содержит (фиг.1) наземный блок 1, подключенный кабелем 2 через кабельный переводник 3 к забойному измерительному блоку 4, который жестко соединен с узлом сочленения 5, который устанавливается в посадочном переводнике 6, жестко соединенным с двигателем 7, на валу которого закреплено долото 8.

Кабельный переводник содержит (фиг.2) две части 9 и 10, разделенный поперечным разъемом 11 и соединенных наружной втулкой 12. В переводнике имеется осевой проточный канал 13 с изгибом 14 в зоне разъема переводника и ответвление 15.

Разъем переводника, проходящий через изгиб 14 проточного канала 13 делит изгиб канала также на две части. Направляющая втулка 16 установлена в изгибе канала в зоне его разъема и входит в обе части. Ответвление 15 канала имеет боковой выход 17, под которым проходит поперечный разъем 11. Ответвление 15, из которого через выход 17 кабель выходит наружу, герметизируется пробкой 18 со сквозным отверстием 19, установленной в стакане 20 с отверстием 21 в его дне. Пробка 18 зажата соединяющей из двух частей 22 и 23 втулкой. Части 22 и 23 втулки закреплены в ответвлении канала 15, например, втулкой 4 с резьбой. Части 22 и 23 втулки имеют сквозные отверстия 25 и 26. В корпусе отверстие 26 нижней части 23 втулки входит конусный конец 27 верхней части 22, а в самой верхней части 22 выполнены продольные разрезы 28 по всей ее длине (фиг. 2).

Забойный измерительный блок 4 (фиг.3) представлен укрепленный с функциональными узлами: гироскоп с магнитным подвесом ротора 29, узел жизнеобеспечения 30, преобразователь информации в электрический сигнал 31 и блок питания 32. Все эти узлы установлены в цилиндрическом корпусе 33 диаметром 60 мм, и длиной не более двух метров, к которому жестко крепится узел сочленения 5, выполненный в виде цилиндрического клина 34 сочлененного с амортизирующим элементом 35 с прорезью 36 и снабженного контактом 37.

Подпружиненный цилиндрический клин 34 устанавливается в полый цилиндр 38 установочного переводника 6, штырь 39 которого входит в прорезь 36 узла сочленения 5.

Система работает следующим образом.

Перед спуском бурильной колонны монтируется долото 8 с двигателем и отклонителем 7, к которому жестко крепится установочный переводник 6. После спуска колонны, в верхней ее части навинчивается кабельный переводник 3, через который пропускается забойный информационный блок 4, соединенный с геофизическим кабелем 2. Забойный информационный блок 4 на геофизическом кабеле 2 вместе с узлом сочленения 5 спускается внутрь бурильной колонны до установленного переводника 6, где предусмотрено контролирующее устройство правильности установки забойного блока 4, выполнение которого описано ниже.

Наличие резиновой пробки 18 позволяет разобщить внутреннюю часть бурильной колонны от атмосферного давления.

Перед спуском забойного измерительного блока 4 к верхнему концу бурильной колонны навинчивают нижнюю часть 10 кабельного переводника 3. В трубы бурильного инструмента через ответвление 15 опускается забойный измерительный блок 4. Герметизируют кабельный выход переводника пробкой 18, зажимая последнюю закрепляющей втулкой. При этом сжимается разрезанная верхняя часть 22 втулки, зажимая кабель 2 забойного измерительного блока 4. Затем в одну из частей изгиба 14 канала 13, например, нижнюю, частично вставляют направляющую втулку 16 и устанавливают верхнюю часть изгиба 14 канала 13 и закрепляя направляющую втулку 16. После сборки кабельного переводника 3 к нему подсоединяется ведущая труба. Затем бурильная колонна устанавливается на забой и начинается углубление забоя. Перед этим на наземном блоке 1 контролируется правильность установки отклонителя компоновки низа бурильной колонны (КНБК) для ориентированного бурения. Гироскоп с магнитным подвесом ротора забойного измерительного блока 4 в процессе углубления скважины непрерывно контролирует необходимые параметры и по геофизическому кабелю 2 передается информация на наземный блок 1, где и отображается в необходимом виде (цифровом, диаграммном или др.)
При спуске на кабеле забойный блок 4 по цилиндрическому клину 34 заводится в установочный переводник 6 таким образом, что штырь 39 последнего входит в прорезь 36 на цилиндрическом клине 34.

Такая посадка ориентирует забойный измерительный блок 4 и в случае правильной посадки замкнется контакт 37, сигнал с которого поступит на забойный измерительный блок 4 и далее на наземный блок 1, сигнализируя о посадке.

Амортизирующий элемент защищает забойный измерительный блок 4 от ударов и вибрации.

Забойный измерительный блок 4 преобразует угол установки отклонителя бурильной колонны, зенитный угол и азимут в электрические сигналы, которые передаются на наземный блок 1 и по величине которых можно судить об ориентации кНБК на забое и о траектории ствола скважины. Выполнение забойного измерительного блока в виде цилиндра диаметром 60±5 мм и длиной не более 2 м позволяет компактно состыковаться с внутренними размерами используемых бурильных труб.

При углублении скважины производят дальнейший спуск кабеля в затрубное пространство на необходимую глубину.

Наземный блок 1 осуществляет контроль и обработку непрерывно поступающей информации с забоя. Выполнен он может быть из любых известных технических средств.

Таким образом, представленная схема измерения обеспечивает информацию об угле установки отклонителя, зенитном угле и азимуте скважины непрерывно в процессе бурения, используя относительно простые технические средства.

Предложенная конструкция кабельного переводника обеспечивает герметичный ввод кабеля в колонну бурильной трубы, что позволяет обычным образом наращивать бурильный инструмент при направленном бурении без извлечения забойного измерительного блока.

Использование в забойном блоке одного гироскопа с магнитным подвесом ротора в качестве датчика трех величин угла установки отклонителя, зенитного угла и азимута скважины, позволяет значительно упростить забойный блок в целом и уменьшить его габариты.

Снижение габаритов забойного блока позволяет использовать телесистему при бурении скважин малого диаметра, а также упростить и повысить надежность узла посадки и фиксации. При использовании в забойном блоке гироскопа нет необходимости включать в состав КНБК немагнитные трубы, что позволяет использовать телесистему в приполярных районах, расширяя ее область применения.

Назначение: изобретение относится к буровой технике и предназначено для контроля за проводкой наклонно-направленных скважин. Сущность изобретения: система снабжена кабельным переводником, который обеспечивает герметичный ввод кабеля в колонну бурильных труб. Это позволяет обычным образом наращивать бурильный инструмент без извлечения забойного измерительного блока. Конструкция установочного переводника позволяет быстро и точно осуществлять правильную посадку и ориентацию забойного измерительного блока. Выполнение последнего на гироскопе с магнитным подвесом ротора в качестве датчика трех величин - угла установки отклонителя, зенитного угла и азимута скважины, позволяет значительно упростить забойный блок в целом и уменьшить его габариты. 3 ил.

Система измерений забойной информации в процессе бурения, содержащая наземный блок, подключенный кабелем к забойному измерительному блоку, содержащему измерители угла установки отклонения компоновки низа бурильной колонны, зенитного угла и азимута, установленные в цилиндрическом корпусе, и посадочный переводник, жестко соединенный с двигателем, на валу которого установлено долото, отличающаяся тем, что она снабжена жестко соединенным с цилиндрическим корпусом забойного измерительного блока узлом сочленения и установленным в верхней части бурильной колонны кабельным переводником, который выполнен из двух частей с поперечным разъемом, соединенных между собой и имеющих осевой проточный канал с изгибом и с боковым герметизированным выводом наружу для пропуска кабеля и элемент фиксации частей переводника между собой, выполненный в виде наружной втулки, плоскость поперечного разъема частей переводника расположена в зоне изгиба осевого проточного канала на уровне его бокового герметизированного вывода, который выполнен в виде пробки со сквозным отверстием под кабель и фиксирующего пробку элемента, выполненного из верхней и нижней втулок и резьбовой втулки для закрепления последних, при этом верхняя втулка выполнена конической в нижней части и с продольными разъемами, в нижней втулке сквозное отверстие выполнено коническим и в нем размещена коническая часть верхней втулки, при этом посадочный переводник выполнен в виде полого цилиндрического корпуса со штырем, узел сочленения выполнен в виде подпружиненного цилиндрического клина с контактом и прорезью для штыря, который установлен внутри полого цилиндрического корпуса посадочного переводника, а цилиндрический корпус забойного измерительного блока выполнен с диаметром 60 ± 5 мм и длиной не более двух метров, и в нем в качестве измерителей угла установки отклонителя компоновки низа бурильной колонны, зенитного угла и азимута установлен гироскоп с магнитным подвесом ротора.